可逆锌-空电池安全、环保，具有高的理论能量密度（1086Whkg-1）及低成本等优点，但在电池充放电过程中，氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）通常需要在较高的过电位进行，其缓慢的动力学过程严重制约了锌-空电池的能量转化效率。贵金属Pt和Ir/Ru基催化剂是目前催化ORR、OER反应最好的材料，但是高昂的成本限制了其大规模应用。此外，O2在电解液中的溶解度很低（10-4molL-1in6MKOH），强化O2的传质有助于提高催化活性。因此，设计一种廉价、高效ORR/OER的双功能催化剂成为可逆锌-空电池研究的重要内容之一。
 
　　针对上述问题，国防科技大学雷永鹏、王应德和福建物质结构研究所王要兵研究员等以氧化石墨烯为原料，利用热处理过程中金属催化原位生长碳纳米管原位形成Fe-Nx、Fe@C结构，构建三维石墨烯/碳纳米管复合物。一方面，Fe-Nx作为催化活性位，接受来自Fe@C注入的热电子，ORR/OER活性得到大幅提升；另一方面，NG/NCNTs复合结构有利于电子转移和传质。Fe@C-NG/NCNTs在碱性条件下表现出优异的双功能ORR/OER活性，作为氧电极组装的锌-空电池表现出与Pt/C+IrC催化剂相当的活性。
 
　　该工作通过简单的一步固相热解实现了结构（NG/NCNTs）和活性组分（Fe-Nx和Fe@C）的理性设计。制备的Fe@C-NG/NCNTs在半电池和全电池中均表现出优异的催化活性和稳定性。更重要的是，这种策略为不仅提供了一种廉价、高效的非贵金属催化剂，也为后续设计具有“结构-活性位”的电催化材料提供了启示。

钌锌催化剂